Solidification of Molten Salt Waste by Gel-Route Pre-treatment

겔화 전처리법을 이용한 폐용융염의 고형화

This study suggested a new method for the solidification of molten salt waste generated from the electro-metallurgical process in the spent fuel treatment. Using binary material system, sodium silicate and phosphoric acid, metal chlorides were converted into metal phosphate in the micro-reaction module formed by SiO$_{2} particles. The volatile element in the reaction module would little vaporized below 1100$^{circ}$C After the gel product was mixed with borosilicate glass powder and thermally treated at 1000$^{circ}$C, li exists as Li$_{3}$PO$_4$ separated from glass phase and, Cs and Sr would be incorporated into an amorphous phase from XRD analysis. In case of the addition of ZrCl$_{4}$ to the binary system, the gel products were transformed into NZP structure considered as an prospective ceramic waste form after heat-treatment above 700 $^{circ}$C. From these results, the gel-route pretreatment can be considered as an effective approach to the solidincation of molten salt waste by the confirmed process or waste form and this also would be an alternative method on the ANL method using zeolites in USA by the confirmation of its chemical durability as an future work.

본 연구는 사용 후 핵연료의 금속전환 공정에서 발생되는 폐용융염을 고형화하는 방법으로 GRSS(Gel-Route Slabilization/Solidifcation)개념을 이용한 전처 리법을 제안하였다. Sodium silicate와 H3p04로 구성된 물질계에서는 SiO$_2$에 의해 형성되는 반응모듈 내에서 휘발성 핵종은 열적으로 안정한 화합물로 전환된다. 얻어진 생성물은 붕규산 유리매질과의 반응을 통하여 Li는 Li$_{3}$PO$\_4$ 형태로 유지되며 Cs 및 Sr은 유리매질내에 포용될 수 있다. 또한 sodium silicate, H$_{3}$PO$_4$ 및 ZrCl$_4$로 이루어진 물질계를 이용하여 내구성이 우수한 WZP 세라믹 고화매질을 합성하였다. $700^{circ}C$이상에서 NZP구조가 형성되며, Cs가 Li보다 우선하여 NZP구조를 형성하였다. 이상의 결과로부터, GRSS를 이용한 폐용융염의 전처리는 단순한 공정과 열적 안정성을 통하여 검증된 고화매질로 고형화가 가능토록하는 유효한 접근법이라 할 수 있으며, 수화학적 안정성의 검증을 통하여 ANL의 제올라이트를 이용한 고화법에 대한 대안이 될 것으로 기대된다.